為了在地面模擬航天器的空間運動,研究人員提出可以將航天器的空間運動等效變換為地面參考運動,進而可以通過滿足給定位置和速度需求的地面移動基座的軌跡跟蹤控制,來實現(xiàn)航天器軌道運動的地面模擬,從而降低空間運動模擬的成本,提升開發(fā)效率。本文針對移動基座系統(tǒng)底層執(zhí)行電機的轉速跟蹤控制展開研究。由于移動基座在運動過程中需要同時滿足給定的位置和速度需求,因此,電機在低速區(qū)的運動是很難避免的,但是有刷直流電機在低速區(qū)的高精度轉速控制較難實現(xiàn),這主要是由于在低速區(qū)擾動對電機的轉速跟蹤產生了不利影響。因此基于移動基座執(zhí)行器驅動電機寬調速、高精度的需求,提出了基于強化學習的有刷直流電機自適應魯棒非線性控制方法,以此解決有刷直流電機系統(tǒng)的低速擾動抑制問題,提升轉速的跟蹤精度。首先,根據(jù)有刷直流電機的結構及原理,給出了包含電樞回路模型和剛體動力學模型的電機動力學模型,分析了有刷直流電機低速波動及動態(tài)過程中產生死區(qū)、爬行等現(xiàn)象的原因。針對LuGre摩擦力矩的非線性特性,為了避免觀測器在高轉速工況下估計LuGre動態(tài)摩擦力模型未知狀態(tài)時產生的失穩(wěn)現(xiàn)象,改進了LuGre動態(tài)摩擦力模型,使其在高低轉速下都能夠很好的描述摩擦行為,并且能夠避免觀測器的失穩(wěn)現(xiàn)象;針對齒槽轉矩的非線性特性,將齒槽轉矩用占據(jù)主導作用的一階諧波分量代替,通過快速傅立葉變換確定了齒槽轉矩基頻,推導具有仿射形式的齒槽轉矩模型。進而,建立了面向控制的電機非線性動力學模型。然后,針對有刷直流電機系統(tǒng)的非線性、參數(shù)不確定性,提出了基于強化學習的有刷直流電機自適應魯棒非線性控制方法。為了精確補償有刷直流電機的齒槽轉矩和摩擦力矩,考慮到模型參數(shù)的不確定性,基于自適應魯棒控制方法設計了參數(shù)自適應律,在線辨識模型參數(shù)。針對系統(tǒng)中存在的建模誤差和系統(tǒng)負載等未知擾動,采用基于強化學習Actor-Critic方法的擾動估計方法,在線估計未知擾動。利用有刷直流電機電流環(huán)、轉速環(huán)系統(tǒng)的微分平坦特性,設計了基于微分平坦的二自由度電流環(huán)和轉速環(huán)控制器。最后,為了驗證本文所設計有刷直流電機轉速控制方法的有效性和優(yōu)越性,基于dSPACE的電機快速原型試驗平臺,設計了電機系統(tǒng)的相關硬件電路。通過不同的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況下的實驗,驗證了本文方法的有效性。并且進行了與雙環(huán)PID控制方法、自適應魯棒控制方法的控制性能對比。實驗結果表明,本文所設計的基于強化學習的有刷直流電機自適應魯棒控制方法具有更好的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)控制性能。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V416.8
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 基座系統(tǒng)驅動電機
    1.3 有刷直流電機轉速控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國內外相關產品的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內外控制策略的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內容
第2章 有刷直流電機的動力學建模
    2.1 引言
    2.2 移動基座執(zhí)行器驅動電機控制需求
    2.3 有刷直流電機的結構
    2.4 有刷直流電機的數(shù)學模型
        2.4.1 有刷直流電機的電動勢模型及電磁轉矩模型
        2.4.2 有刷直流電機的機電動力學建模
        2.4.3 有刷直流電機的非線性動力學建模
    2.5 本章小結
第3章 有刷直流電機轉速控制系統(tǒng)設計
    3.1 引言
    3.2 控制問題分析
    3.3 面向控制的電機控制系統(tǒng)模型
    3.4 基本理論知識
        3.4.1 自適應魯棒控制
        3.4.2 強化學習算法
        3.4.3 微分平坦理論
    3.5 基于強化學習的有刷直流電機自適應魯棒控制器設計
        3.5.1 控制問題描述
        3.5.2 模型參數(shù)自適應魯棒控制律設計
        3.5.3 基于強化學習的未知擾動估計補償策略
        3.5.4 基于微分平坦的二自由度控制器設計
    3.6 本章小結
第4章 快速原型實驗分析與驗證
    4.1 快速原型實驗平臺搭建
        4.1.1 dSPACE實時系統(tǒng)介紹
        4.1.2 快速原型實驗平臺硬件
    4.2 快速原型實驗結果與分析
        4.2.1 控制性能驗證
        4.2.2 對比實驗驗證
    4.3 本章小結
第5章 全文總結與展望
    5.1 全文工作總結
    5.2 未來工作展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間的研究成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2848834